航空摄影技术在地质灾害监测的应用

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摘要:倾斜航空摄影技术具有精度高、机动灵活和周期短等优势，在地质灾害监测中的应用越来越广泛。本文结合某地区的滑坡灾害，在Smart3DCapture软件平台自动制作了监测区域的实景三维模型，根据模型反映的灾害情况，划定了滑坡灾害的受灾面积，预测了受灾范围，估算了可能诱发泥石流、滑坡的土石方量，为相关部门制定相应撤离计划提供了可靠的依据;同时识别出对下方居民威胁较大的2处危岩体，应对其及时清除治理。

关键词:倾斜航空摄影技术;地质灾害;灾害监测

交通网络的建设对区域经济发展起到了巨大推动作用。但交通网络的建设形成了大量的临河公路、山区公路等，逐渐成为泥石流、崩塌、滑坡等地质灾害的频发区域，不仅威胁着公路沿线过往车辆的行驶安全，而且耗费了大量的人力、财力维护公路［1］。此外，在公路、铁路等修建过程中形成了大量的临空边坡，如我国西南片区由于地形地貌起伏变化较大，沿途临空边坡较多，导致小型滑坡、崩塌灾害频发，特别是在雨水、地震等内、外部因素的作用下极易诱发灾害。因此，如何加强公路、铁路沿线的地质灾害隐患点监测是当前亟待解决的问题，也是有效防治各类灾害的基础。随着计算机技术以及图像处理技术的快速发展，倾斜航空摄影测量技术代替了传统的垂直航空摄影技术，实现了多角度、多方位获取拍摄区域航空影像的目标，逐渐在地质灾害隐患点排查中的应用越来越广泛［2］。倾斜航空摄影技术能够在短时间内获得测绘区域的航空影像数据，通过图像数据处理获得更加真实可靠的数据信息，进而通过软件处理平台生成三维实景模型，为进一步灾情评估和灾害重建提供了可靠的地理信息依据。

1倾斜航空摄影技术概况

倾斜航空摄影技术是在传统的垂直摄影技术基础上发展起来的，它充分利用多个镜头相机获取测绘区域多角度、多方位航空数据信息的功能，因此，该技术的发展是立足于图像融合处理技术、计算机数据处理技术等［3］。倾斜航空摄影的无人机通常搭载了5个镜头相机，包括1个垂直镜头相机和4和倾斜镜头相机，显著地提高了图像的集成度。此外，多方位、多角度航空拍摄避免了垂直航拍仅能够获取垂直方向影像数据的弊端，不仅提高了测量精度，而且有助于构建三维实景模型。因此，倾斜航空摄影技术在地质灾害监测中三维实景模型建设方面具有明显的应用优势。

2地质灾害应急测绘技术概况

地质灾害应急测绘技术应满足以下几点要求:(1)获取影像数据信息精度高、速度快;(2)能够实现实景三维模型建设的数据需求;(3)操作简便，灵活机动。实景三维模型常作为地质灾害应急抢险和排查的电子沙盘，这是由于实景三维模型是以航空影像数据为基础制作的逼真、精度高的三维模型，因此常作为评估灾害受灾范围的依据资料，同时在灾害应急管理中发挥了重要作用，如确定临时安全点以及指挥救急人员就位等。综上所述，倾斜航空摄影测量技术在地质灾害监测中具有广阔的应用前景。

3倾斜航空摄影技术在地质灾害监测中的应用

3．1应用流程框架

倾斜航空摄影测量技术在地质灾害监测中的应用主要包括无人机航空摄影测量、实景三维模型制作和地质灾害隐患点排查三个部分内容［4］。其中，无人机航空摄影测量包括无人机倾斜摄影系统的搭建和无人机航空影像数据的获取与处理，前者又包括无人机系统改造、组装无人机和传感器等，后者包括航线设计、航空摄影、多视角航空影像数据获取以及测绘区域影像点分析等;实景三维模型制作包括多视角航空影像平差、匹配等和实景三维模型建设等，前者又包括多视角影像的联合平差、影像密集匹配、DSM、DOM和DEM产品生产等内容。综上所述，倾斜航空摄影测量技术在地质灾害监测中的应用流程可以用图1表达。

3．2航线设计及数据获取

无人机倾斜航空摄影数据获取以及处理是地质灾害监测的重要环节，包括航线设计、航空影像拍摄、多视角影像数据获取和影像数据分析等方面［5］。其中航线设计主要是根据无人机的型号以及摄影相机的分辨率等，结合地形地貌确定其飞行高度等参数，如确定旁向重叠度、航向重叠度等。例如，某地区地质灾害排查工作中，根据地形地貌变化特征将测绘区域分为2个飞行子区。子区1的飞行行号设计为500m，而子区2的飞行行高设计为300，航向重叠度为75%，旁向重叠度为65%;完成航线飞行计划后，选择天气状况良好的天气进行拍摄，及时检查每天获取的影像数据质量，直至达标后才可进行下一阶段的任务;多视角影像数据获取，将每天获取的倾斜航空摄影数据存储至指定的计算机中，作为后期数据处理的原始数据信息;影像数据分析是指经过影像数据的镶嵌、融合等处理后，对航空影像进行分析，获取与地质灾害有关的信息数据。

3．3实景三维模型制作

实景三维模型制作是地质灾害监测的基础，也是应急排查的电子沙盘，因此，实景三维模型的制作必须遵循时间紧、任务重的基本原则，即在较短的时间内获得精度更高的实景三维模型。而这是传统的人工建模无法完成的，必须使用现代化的自动化建模技术。本次建模采用Smart3DCapture自动建模软件，将倾斜航空影像数据导入至相应的建模工作区，能够在较短的时间内获得高精度的实景三维模型。此外，由于本次所获航空影像数据是由倾斜航空摄影系统所得，获得了多角度和多方位的影像数据，所以自动生成的实景三维模型精度也更高，能够满足地质灾害监测对精度的基本需求。

3．4地质灾害监测现状分析

通过本次地质灾害监测对已发生滑坡灾害的某地进行了灾害应急抢险，主要目的在于精准的评估本次滑坡灾害的波及范围，预测受灾人数以及需要搬迁处理的范围等，同时为进一步制定安置计划、灾害治理等提供详实可靠的数据支撑。由于滑坡灾害，导致大量的裸土、岩体暴露，在强降雨气候条件下极易产生泥石流、滑坡等灾害，破坏性极大。故本次采用实景三维模型对可能的灾害范围进行预测，及时地撤出受灾人群以及外围人群。根据倾斜航空影像数据制作的实景三维模型可知，本次滑坡灾害导致的受灾面积可达6024．31m2。根据受灾面积在实景三维模型中划定了本次地质灾害影响范围边界，最终获得可能发生的泥石流或者滑坡灾害的土石方量可达7214．54m3。在实景三维模型中直观地体现了本次滑坡灾害的发育程度，同时在航空影像数据中能够清晰识别出受灾面积和滑坡规模大小，为灾害评估以及应急抢险提供了基础依据。此外，根据实景三维模型确定了本次滑坡可能诱发的受灾边界，进而计算出了再次发生泥石流或者滑坡的土石方量。最终认为，本次滑坡灾害的受灾情况较为严重，应及时的撤职灾区范围内的居民，并在指定的安置区域安置。在此次监测中，另外识别出不稳定危岩体2处，在强降雨天气以及地震条件下极易产生崩塌灾害，这是由本次滑坡灾害诱发的潜在灾害，应及时对滑坡体进行清除治理。该区域强降雨天气较多，再次诱发山体滑坡的概率较大，应及时对可能滑坡的山体进行治理。

4结束语

综上所述，倾斜航空摄影测量技术在本次滑坡灾害监测中，无论是在应急抢险还是潜在灾害隐患点识别等方面取得了良好的应用效果，均具有较高的精度。同时，倾斜航空摄影技术具有响应快，精度高和成图快的优势，能够在较短的时间内直观地反映出灾害的基本现状，能够结合其他三维建模软件平台快速的生产灾害区域的实景三维模型，为灾害治理以及安置点的选择等提供了最直观的依据，该技术在今后地质灾害应急测绘中的应用会越来越广泛。

参考文献:

［1］彭为学，廖明芳，张旭，等．基于倾斜摄影测量的矿山地质灾害易发区精准定位系统［J］．世界有色金属，2020(18):23－24．

［2］郭学飞，焦润成，曹颖，等．倾斜摄影测量技术在崩塌隐患调查评价中的应用［J］．中国地质灾害与防治学报，2020，31(1):65－69．

［3］王晓刚，高飞云，杨磊，等．高精度倾斜摄影在高位滑坡灾害应急监测中的应用［J］．四川地质学报，2019，39(4):600－603．

［4］南天．无人机倾斜摄影及自动三维建模技术在地质灾害应急测绘中的应用———以三明市妙元山为例［J］．测绘与空间地理信息，2019，42(3):182－184．

［5］陈宙翔，叶咸，张文波，等．基于无人机倾斜摄影的强震区公路高位危岩崩塌形成机制及稳定性评价［J］．地震工程学报，2019，41(1):257－267．

作者：徐文风 单位：广东省核工业地质局二九二大队